Действие взрыва плоской системы зарядов вв при отбойке горного массива Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

СЕМИНАР 4

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"

МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2000 г.

© А.А. Смирнов, С.А. Горинов, 2001

УДК 622.272

А.А. Смирнов, С.А. Горинов

ДЕЙСТВИЕ ВЗРЫВА ПЛОСКОЙ СИСТЕМЫ ЗАРЯДОВ ВВ ПРИ ОТБОЙКЕ ГОРНОГО МАССИВА

О

собенностью подземной массовой отбойки руд является широкое применение одновременного взрывания рядов (вееров) скважинных зарядов ВВ, расположенных в одной плоскости. Механизм и степень разрушения горного массива при этом определяются характером взаимодействия одновременных взрывов зарядов ВВ, образующих плоскую систему. В отличие от Покровского Г.И., Черниговского А.А., и ряда других исследователей, понимающих под плоской системой зарядов систему, эквивалентную по действию плоскому заряду ВВ, мы считаем, что понятие "плоская систем зарядов" приемлема во всех случаях, когда имеет место взаимодействие зарядов ВВ при их одновременном взрыве. Критерием взаимодействия взрывов зарядов ВВ в нашей трактовке являться эффект пробоя массива по плоскости их расположения [1].

Минимальная предельная величина пробивного расстояния между двумя одновременно взрывающимися параллельными зарядами ВВ ^пр) может быть определена по формуле Lnp = 4г0{лР0(| 5Р\ +51)-1[1+(1+4/^1)а5]-1 \а5, м

(1)

где г0 - радиус заряда ВВ, м; Р0 - среднее начальное давление продуктов взрыва, МПа; |8р| -предел прочности породы на растяжение, МПа; 8 1 - величина нормальных к плоскости расположения зарядов напряжений, вызванных действием горного давления, МПа; г - показатель политропы взрывных газов; Ц - модуль сдвига среды, МПа.

Максимальное пробойное расстояние по некоторым соображениям может быть принято равным т = т -\2

-^тах ±-,пр

В отечественной горнорудной практике для подземной массовой отбойки

руд в большинстве случаев применяются скважины диаметром около 100 мм.

Проведенные расчеты по формуле (1) применительно к условиях уральских рудных шахт показывают, что величина Тпр находится в интервале значений (при отбойке руды граммонитом 79/21 и величине 8 = 0^5 МПа) от 2,8 до 6,5 м. При принятом на рудных шахтах диапазоне изменения параметров расположения веерных скважин оказывается, что практически вся массовая отбойка руд осуществляется плоскими системами зарядов.

Считается, что эффект взрыва веера скважин может быть рассчитан, исходя из расстояния между концами (забоями) скважин. Действительно, для этой зоны характерен минимальный удельный расход ВВ, и если он достаточен для необходимой степени дробления массива, то и в зоне, дробимой остальной частью веера, результаты взрыва должны быть удовлетворительны вследствие повышенного удельного расхода ВВ. Такой вывод может быть признан справедливым при определенных оговорках:

• чем выше удельный расход ВВ в плоскости веера скважин, тем более сильно проявляется эффект взаимодействия взрывающихся зарядов, что, в соответ-ствии с [1], приводит к ухудшению качества взрыва;

• при взрыве основной части веера скважинных зарядов образуется плоский фронт поля напряжений, при котором механизм разрушения массива существенно отличается от достаточно изученного механизма действия взрыва одиночного цилиндрического заряда ВВ; при этом энергоемкости разрушения в том и другом случае могут заметно различаться.

При расчете необходимых параметров расположения веерных скважин следует исходить из необходимости отделения от массива отбиваемо-

го слоя и качественного дробления последнего, причем механизм дробления существенно отличается в случае отбойки малотрещиноватых и сильно-трещиноватых массивов.

Не останавливаясь на общих закономерностях разрушения горного массива плоской системой зарядов, рассмотрим особенности отбойки блочного рудного массива. Под блочным горным массивом понимается массив, состоящий из ансамбля отдельностей, в среднем по размерам удовлетворяющих требования к необходимому дроблению руды при отбойке. При взрыве плоской системы зарядов происходит отделение отбиваемого слоя от массива по плоскости расположения скважин и боковым поверхностям и дальнейшее разрушение по естественным трещинам, что должно привести к качественному дроблению руды. Однако теоретическое рассмотрение процесса показывает, что механизм разрушения массива далеко не так очевиден, как кажется. При взрыве плоской системы зарядов возникает плоский фронт напряжений, под действием которого разрушение напряженного трещиноватого горного массива происходит в виде сдвига по плоскостям макротрещин, рассекающих данный массив. Факторами, определяющими возможность осуществления сдвига по плоскости трещин, являются величина сцепления между отдельностями, коэффициент трения между берегами трещин, угол между направлением трещины и нормалью к фронту нагрузки, первоначальные напряжения, действующие в массиве. Аналитические расчеты, проведенные применительно к условиям уральских железорудных шахт, показали, что разрушительный сдвиг под действием давления продуктов детонации происходит не по всем системам трещин, а по наиболее благоприятно расположенной по отношению к

плоскости расположения зарядов. При этом вследствие падения фронтального напряжения по мере приближения к свободной поверхности, разрушительный сдвиг по благоприятной системе трещин далеко не всегда достигает свободной поверхности. Поэтому вблизи указанной поверхности может образовываться слой практически не нарушенных рассматриваемым воздействием пород. Между тем практика показывает, что при отбойке блочных массивов веерами скважин качество дробления вполне удовлетворительно. Более того, проведенный нами промышленный эксперимент на шахте Южная [2] по массовой отбойке руды плоской системой зарядов с л.н.с., равной 8-12 м, показал, что при параметрах взрыва, обеспечивающих только отрыв слоя от массива (расход ВВ был снижен по сравнению со штатными взрывами на шахте вдвое) обеспечивается и вполне качественное дробление руды, хотя теоретические расчеты уровня напряжений в отбиваемом слое показывали, что он должен отвалиться одним куском.

На основании вышеизложенного нами сделан вывод, что разделение блочного массива на составляющие его отдельности происходит вследствие суммарного действия первоначальных (вызванных горным давлением) напряжений и поля напряжений, вызванного взрывом зарядов. Действительно, уровень первоначальных напряжений уже на глубине 300-400 м на большинстве рудных шахт сопоставим с величиной взрывных напряжений, определяющих границы разрушения массива при взрыве. Механизм действия суммарного поля напряжений может быть объяснен , как упругая разгрузка напряженного (горным давлением) слоя пород при внезапном взрывном отделении последнего от массива.

1. Сенук В.М. Импульс взрыва и условия более полного использования его на дробление массива крепких пород при взрывной от-

бойке.- Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 1979, № 1, с. 28-34.

2. Зубрилов Л.Е., Горинов С.А.,

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Славиковский О.В. и др. Отбойка руды плоскими системами зарядов на шахте "Южная".- Горный журнал, 1985, № 9, с. 22 - 24.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

^--------------------------------------------------------------------------------------7

Смирнов Алексей Алексеевич - кандидат технических наук, ст. научный сотрудник, лаборатория подземной геотехнологии, Институт горного дела УрО РАН.

Горинов Сергей Александрович - кандидат технических наук, ст. научный сотрудник, лаборатория подземной геотехнологии, Институт горного дела УрО РАН.